Arduino İle Şebeke Frekansını Ölçün: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

3 Nisan'da Hindistan Başbakanı Shri. Narendra Modi, Hindistan'ın Corona Virüsü ile mücadelesini kutlamak için 5 Nisan günü saat 21:00'de Hintlilere ışıklarını kapatmaları ve bir lamba (Diya) yakmaları çağrısında bulunmuştu. Açıklamanın hemen ardından sosyal medyada elektrik şebekesinin arızalanması nedeniyle tamamen elektrik kesintisine neden olacağı söylenerek büyük bir kaos yaşandı.

Elektrik mühendisliği öğrencisi olarak, ani bir yük azalmasının elektrik şebekesi üzerindeki etkisini görmek istedim. Etkilenen parametrelerden biri Frekanstır. Bu yüzden evimdeki bir elektrik prizinden gelen voltajın frekansını ölçmek için bir cihaz yapmaya karar verdim. Lütfen bu küçük deney için, sadece frekanstaki değişiklikleri gözlemlemek istediğim için ölçülen değerin kesinliğinin önemli olmadığını unutmayın.

Bu Eğitilebilir Kitapta, bir şebekenin nasıl başarısız olabileceğini hızlı bir şekilde açıklayacağım ve ardından size frekansı nasıl ölçtüğümü göstereceğim.

Adım 1: Neden Endişe?

Bir elektrik şebekesi, biri yükün ani azalması olan birçok faktör nedeniyle arızalanabilir. Elektrik altyapısı olmayan birinin anlayabileceği şekilde en basit şekilde açıklamaya çalışacağım.

Frekans Nedir? AC dalgasının bir saniyede tekrarlama sayısıdır. Hindistan'daki frekans 50Hz'dir, bu, bir AC dalgasının bir saniyede 50 kez tekrarlandığı anlamına gelir.

Herhangi bir elektrik santralinde, akışkan akışından (buhar, su, gaz vb.) enerji çeken ve onu faydalı işe (mekanik enerji) dönüştüren döner mekanik bir cihaz olan bir türbin vardır. Bu türbin bir jeneratöre bağlıdır (bağlıdır). Bir jeneratör daha sonra bu mekanik enerjiyi evimizde aldığımız elektrik enerjisine dönüştürür.

Bu açıklama için bir buhar santralini ele alalım. Burada, jeneratörü döndüren bir türbini döndürmek için yüksek basınçlı buhar kullanılır ve elektrik üretilir. Bir jeneratörün nasıl çalıştığını tartışmayacağım, ancak üretilen voltajın frekansının doğrudan jeneratörün dönme hızı ile ilgili olduğunu unutmayın. Hız artarsa, frekans artar ve bunun tersi de geçerlidir. Jeneratörün herhangi bir yüke bağlı olmadığını varsayın. Frekans 50Hz olana kadar türbine buhar girişi artırılarak jeneratör hızlanır. Jeneratör artık güç vermeye hazırdır. Jeneratör yüke (veya şebekeye) bağlanır bağlanmaz sargısından akım geçmeye başlar ve hızı ve dolayısıyla frekansı düşer. Ancak yönetmelik standartlarına göre frekans belirli bir bant içinde olmalıdır. Hindistan'da +/- %3, yani 48.5Hz ila 51.5Hz'dir. Şimdi, hızdaki düşüş nedeniyle azalan frekansı telafi etmek için, frekans tekrar 50Hz olana kadar buhar girişi artırılır. Bu süreç devam ediyor. Yük artar, hız azalır, frekans azalır, buhar girişi artar ve jeneratör hızlanır. Bütün bunlar, Governor adlı bir cihaz kullanılarak otomatik olarak yapılır. Jeneratörün hızını (veya frekansını) izler ve buna göre buhar girişini ayarlar. Parçanın çoğu mekanik olduğundan, değişikliklerin etkili olması birkaç saniye sürer (yani yüksek zaman sabiti).

Şimdi jeneratör üzerindeki tüm yükün birdenbire ortadan kalktığını düşünelim. Artan yükü telafi etmek için daha önce buhar girişini artırdığımız için jeneratör normal hızının üzerinde hızlanıyor. Vali, buhar girişini algılayıp değiştirmeden önce, jeneratör o kadar hızlı hızlanır ki, frekans üst sınırını geçer. Düzenleyici standartlara göre buna izin verilmediğinden, jeneratör aşırı frekans nedeniyle şebekeden ayrılır (veya bağlantısı kesilir).

Hindistan'da Tek Ulus - Tek Izgara var, bu da Hindistan'daki tüm jeneratörlerin tek bir şebekeye bağlı olduğu anlamına geliyor. Bu, ülkenin herhangi bir yerine güç göndermeye yardımcı olur. Ama bir dezavantaj var. Ülkenin herhangi bir yerindeki büyük bir arıza, diğer bölgelere hızla yayılarak tüm şebekenin açılmasına neden olabilir. Böylece bütün bir ülke güçsüz kalıyor!

Adım 2: Plan

Plan, belirli aralıklarla voltaj frekansını ölçmektir.

230V AC'yi 15V AC'ye düşürmek için orta uçlu bir transformatör kullanılır.

RTC Modülü gerçek zamanı sağlar.

Her iki veri (Zaman ve Frekans) daha sonra Micro SD kartta iki ayrı dosyada saklanır. Test bittikten sonra veriler, grafiği oluşturmak için bir Excel sayfasına aktarılabilir.

Frekansı göstermek için bir LCD Ekran kullanılacaktır.

Dikkat! Ölümcül AC Şebeke voltajı ile uğraşacaksınız. Sadece ne yaptığınızı biliyorsanız devam edin. Elektrik ikinci bir şans vermez

3. Adım: İhtiyacınız Olan Şeyler

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD Ekran

1x DS3231 Gerçek Zamanlı Saat Modülü

1x Mikro SD Kart Modülü

1x Merkez Dişli Trafo (15V-0-15V)

2x 10k Direnç

1x 1k Direnç

1x 39k Direnç

1x 2N2222A NPN Transistör

1x 1N4007 Diyot

Adım 4: İşleri Bir Araya Getirmek

Yapının şeması buraya eklenmiştir. Bunu bir breadboard üzerine inşa edeceğim ama bir perfboard kullanarak veya özel bir PCB yaparak daha kalıcı hale getirebilirsiniz.

Transformatörünüz için doğru 'R3' değerini seçme:

R3 ve R4, bir voltaj bölücü oluşturur ve değerler, AC voltajının tepe noktası 5V'u geçmeyecek şekilde seçilir. Bu nedenle, farklı derecelerde başka bir transformatör kullanmayı planlıyorsanız, R3'ü de değiştirmelisiniz. Bir transformatörde verilen voltaj değerlerinin RMS'de olduğunu unutmayın. Benim durumumda, 15-0-15.

Doğrulamak için bir multimetre kullanın. Ölçülen voltaj çoğunlukla 15V'tan büyük olacaktır. Benim durumumda, 17.5V civarındaydı. Tepe değeri 17.5 x sqrt(2) = 24.74V olacaktır. Bu voltaj, 2N2222A Transistörün maksimum Kapı Verici voltajından (6V) çok daha yüksektir. Yukarıdaki resimde gösterilen voltaj bölücü formülü kullanarak R3 değerini hesaplayabiliriz.

SD Kart Modülü Bağlantıları:

Modül, iletişim için SPI kullanır.

• MISO'dan D12'ye
• MOSI'den D11'e
• SCK'den D13'e
• CS/SS - D10 (Çip Seçimi için herhangi bir pin kullanabilirsiniz)

SD kartın önce FAT olarak biçimlendirildiğinden emin olun.

RTC Modülü Bağlantıları

Bu modül iletişim için I2C kullanır.

• SDA'dan A4'e
• SCL'den A5'e

LCD Ekran Bağlantıları

• RST'den D9'a
• TR'den D8'e
• D4'ten D7'ye
• D5 ila D6
• D6'dan D5'e
• D7'den D4'e
• R/W'den GND'ye

Adım 5: Kodlama Zamanı

Kod buraya eklenmiştir. Arduino IDE kullanarak indirin ve açın. Yüklemeden önce DS3231 Kitaplığı'nı yüklediğinizden emin olun. Bu web sitesinde bazı yararlı bilgiler buldum.

RTC'yi kurma:

1. 2032 tipi bir düğme pil takın.
2. Örneklerden DS3231_Serial_Easy'yi gösterildiği gibi açın.
3. 3 satırı kaldırın ve resimde gösterildiği gibi saat ve tarihi girin.
4. Krokiyi Arduino'ya yükleyin ve seri monitörü açın. Baud hızını 115200 olarak ayarlayın. Her 1 saniyede bir yenilenmeye devam eden süreyi görebilmelisiniz.
5. Şimdi Arduino'yu fişten çekin ve birkaç saniye sonra tekrar takın. Seri monitöre bakın. Gerçek zamanlı göstermelidir.

Tamamlandı! RTC kuruldu. Bu adım, tarih ve saati ayarlamak için yalnızca bir kez yapılmalıdır.

Adım 6: Verilerin İşlenmesi

Test bittiğinde, mikro SD kartı modülden çıkarın ve bir kart okuyucu kullanarak bilgisayarınıza bağlayın. FREQ.txt ve TIME.txt adlı iki metin dosyası olacaktır.

İçeriği bu dosyalardan kopyalayın ve bir excel sayfasına iki ayrı sütuna (Zaman ve Sıklık) yapıştırın.

Ekle > Grafik'e tıklayın. Excel, sayfadaki verileri otomatik olarak kontrol etmeli ve grafiği çizmelidir.

Dalgalanmaların açıkça görülebilmesi için dikey eksenin çözünürlüğünü artırın. Google E-Tablolar'da Özelleştir>Dikey eksen> Min. = 49.5 ve Maks. = 50.5

7. Adım: Sonuçlar

Yükler 21:00 (21:00) civarında kesildiğinden frekansta hafif bir artış ve yükler tekrar açıldığında 21:10 (21:10) civarında frekansta bir düşüş açıkça görebiliriz. Frekans tolerans bandında (+/- %3), yani 48,5 Hz - 51,5 Hz arasında olduğundan şebekeye zarar vermez.

Hindistan Hükümeti Devlet Bakanı'ndan bir tweet, Bay RK Singh, aldığım sonuçların oldukça doğru olduğunu onaylıyor.

Sonuna kadar bağlı kaldığınız için teşekkür ederiz. Umarım hepiniz bu projeyi seversiniz ve bugün yeni bir şey öğrenirsiniz. Kendin için bir tane yaparsan bana haber ver. Bu tür projeler için YouTube kanalıma abone olun.